Лента TH Новости Биоинженерия



Нет мышц? Нарастим

∴ 614

Биомедицинские инженеры создали первую функциональную человеческую скелетную мышцу из перепрограммированных клеток.

1207

Прогресс основывается на работе, опубликованной в 2015 году. Тогда исследователи из Университета Дьюка создали первую функциональную человеческую мышечную ткань из клеток, полученных благодаря биопсии мышц. Возможность начать эксперименты с немышечной ткани позволит ученым вырастить гораздо больше мышечных клеток. Это обеспечит более легкий путь к редактированию генома и клеточной терапии. Также это позволяет протестировать индивидуальные модели редких мышечных заболеваний для открытия лекарств и исследования биологии процесса.

Мы начали с плюрипотентных стволовых клеток, которые не являются мышечными клетками, но могут стать любыми клетками нашего организма. Нам удалось разработать методику и выращивать неограниченное количество миогенных клеток-предшественников. Эти клетки-предшественники напоминают взрослые мышечные стволовые клетки, называемые «спутниковыми клетками». Одна такая клетка способна развиться в полноценную мышцу.Ненад Бурсак, профессор биомедицинской инженерии в Университете Дьюка.

В своей предыдущей работе Бурсак и его команда начали с небольших образцов человеческих клеток, полученных из биопсии мышц. Миобласты (полученные клетки) уже продвинулись в стадии роста стволовых клеток, но еще не стали зрелыми мышечными волокнами. Ученые выращивали эти миобласты целыми каскадами, а затем помещали их в поддерживающие трехмерные леса. Леса были наполнены питательным гелем, который позволял клеткам формировать выровненные и функционирующие человеческие мышечные волокна.

В новом исследовании ученые начали с индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Это клетки немышечных тканей, таких как кожа или кровь. Взятые у донора, клетки перепрограммируются, чтобы вернуться к первозданному состоянию. Затем плюрипотентные стволовые клетки выращивают при подаче молекул под названием Pax7. Молекула играет роль датчика, что сигнализирует о трансформации клеток в полноценные мышцы.

По мере того, как клетки размножались, полученный материал сильно отличался от обычных мышц. Он был не такой прочный. Кроме этого, его невозможно было вживить в человека.

Прошли годы проб и ошибок, тысячи проверок обоснованных предположений и предпринятых крошечных шагов. И нам удалось создать функционирующую человеческую мышцу из плюрипотентных стволовых клеток. Успех стал возможен благодаря уникальным условиям клеточной культуры и трехмерной матрице. Последняя позволила клеткам расти и развиваться намного быстрее и качественнее, чем приемы, основанные на двухмерной культуре, которые более чем популярны. Линджун Рао, докторант-исследователь в лаборатории Бурсака и главный автор исследования.

Как только клетки начали трансформироваться в мышцы, ученые прекратили подачу Pax7. Вместо молекулы ученые организовали клеткам поддержку и питание, необходимые для полного формирования.

В итоге, после двух-четырех недель развития в трехмерной культуры полученные мышечные клетки образуют мышечные волокна, которые сокращаются и реагируют на внешние раздражители, такие как электрические импульсы и биохимические сигналы, имитирующие нейронные входы. Ученые также имплантировали новообразованные мышечные волокна взрослым мышам. Вживленные ткани выживают и функционируют в течение как минимум трех недель, постепенно интегрируясь в нативную ткань через васкуляризацию.

Искусственная мышца, однако, не такая сильная, как нативная мышечная ткань. Она также слабее мышц, выращенных в предыдущем исследовании, на основе биопсии. Несмотря на это, исследователи говорят, что новые мышцы сильнее и обладают большим потенциалом, чем мышцы пожилых организмов.

Мышечные волокна, полученные из плюрипотентных стволовых клеток, развивают резервуары «спутниковых клеток», которые необходимы нормальным взрослым мышцам для восстановления повреждений. Мышцы из предыдущего исследования имели намного меньше этих клеток. Новый метод также способен выращивать гораздо больше клеток из меньшей начальной партии, чем метод биопсии.

Оба преимущества указывают на возможность использования нового метода в регенеративной терапии и для создания моделей редких заболеваний для будущих исследований и индивидуального медицинского обслуживания.

Перспектива изучения редких заболеваний особенно интересна для нас. Когда мышцы ребенка уже отмирают от чего-то вроде мышечной дистрофии Дюшенна, было бы неэтично брать их на биопсию и тем самым наносить дополнительный урон. Но с помощью новой техники мы можем просто взять небольшой образец немышечной ткани, такой как кожа или кровь. После — вернуть полученные клетки в плюрипотентное состояние и в конечном итоге выработать бесконечное количество функционирующих мышечных волокон для тестирования.

Данный метод также можно объединить с генетической терапией. Исследователи могут, теоретически, исправить генетические нарушения в индуцированных плюрипотентных стволовых клетках, полученных от пациента. После данной процедуры — вырастить небольшие фрагменты полностью здоровой мышцы. Хотя это не могло исцелить или заменить целую больную мышцу. Но может позволить проводить опыты на новом образце материи.

Филипп Дончев